การผลิตขั้นปฐมภูมิและการย่อยสลาย
การผลิตขั้นปฐมภูมิกำหนดงบประมาณพลังงานของระบบนิเวศ ในขณะที่การย่อยสลายจะปิดวงจรโดยการย่อยสลายซากสิ่งมีชีวิตและนำสารอาหารกลับคืนสู่ระบบหมุนเวียน
Definition
การผลิตขั้นปฐมภูมิคือการสังเคราะห์อินทรียวัตถุโดยสิ่งมีชีวิตที่สร้างอาหารเองได้ และการย่อยสลายคือการสลายตัวของอินทรียวัตถุโดยสิ่งมีชีวิตที่กินสิ่งมีชีวิตอื่น ซึ่งรวมกันแล้วจะกำหนดการสะสมและการหมุนเวียนของคาร์บอนและสารอาหารในระบบนิเวศ
Scope
หัวข้อนี้ครอบคลุมการไหลเวียนสองทิศทางที่ตรงกันข้ามซึ่งควบคุมคาร์บอนและสารอาหารในระบบนิเวศ ได้แก่ การผลิตขั้นปฐมภูมิ ซึ่งเป็นการตรึงคาร์บอนโดยสิ่งมีชีวิตที่สร้างอาหารเองได้และปัจจัยที่จำกัดการผลิต และการย่อยสลาย ซึ่งเป็นการย่อยสลายอินทรียวัตถุที่ตายแล้วโดยสิ่งมีชีวิตที่กินซากพืชซากสัตว์และจุลินทรีย์ โดยจะกล่าวถึงการผลิตขั้นปฐมภูมิรวมและสุทธิ การควบคุมโดยแสง น้ำ อุณหภูมิ และสารอาหาร อัตราการย่อยสลายและคุณภาพของซากพืชซากสัตว์ และการก่อตัวและการหมุนเวียนของอินทรียวัตถุในดิน
Core questions
- อะไรเป็นตัวจำกัดอัตราการผลิตขั้นปฐมภูมิในระบบนิเวศที่แตกต่างกัน?
- การผลิตขั้นปฐมภูมิรวมและสุทธิแตกต่างกันอย่างไร?
- อะไรเป็นตัวควบคุมอัตราการย่อยสลายอินทรียวัตถุที่ตายแล้ว?
- การผลิตและการย่อยสลายร่วมกันควบคุมการสะสมคาร์บอนและสารอาหารอย่างไร?
Key theories
- ข้อจำกัดด้านทรัพยากรของการผลิต
- การผลิตขั้นปฐมภูมิถูกจำกัดโดยปริมาณแสง น้ำ อุณหภูมิ และโดยเฉพาะอย่างยิ่งสารอาหารที่จำกัด เช่น ไนโตรเจนและฟอสฟอรัส ดังนั้นทรัพยากรที่จำกัดที่สุดจึงเป็นตัวกำหนดขีดจำกัดสูงสุดของการตรึงคาร์บอน
- การควบคุมการย่อยสลาย
- อัตราการย่อยสลายถูกควบคุมโดยสภาพภูมิอากาศ คุณภาพทางเคมีของซากพืชซากสัตว์ และชุมชนผู้ย่อยสลาย โดยอุณหภูมิต่ำ น้ำท่วมขัง หรือซากพืชซากสัตว์ที่ย่อยสลายยากจะทำให้อัตราการย่อยสลายช้าลงและส่งเสริมการสะสมของอินทรียวัตถุ
Mechanisms
สิ่งมีชีวิตที่สร้างอาหารเองได้จะตรึงคาร์บอนไดออกไซด์ให้เป็นสารประกอบอินทรีย์ในระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสงในอัตรา (การผลิตขั้นปฐมภูมิรวม) ที่กำหนดโดยการจับแสงและถูกจำกัดโดยน้ำ อุณหภูมิ และความพร้อมของสารอาหาร การหักลบการหายใจของพืชจะได้การผลิตขั้นปฐมภูมิสุทธิ ซากพืชและสัตว์ที่ตายแล้วจะถูกย่อยเป็นชิ้นเล็กชิ้นน้อยโดยสิ่งมีชีวิตที่กินซากพืชซากสัตว์ และถูกย่อยสลายด้วยเอนไซม์โดยเชื้อราและแบคทีเรีย ซึ่งจะปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์และแร่ธาตุสารอาหารให้อยู่ในรูปที่พืชสามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ เมื่อการย่อยสลายช้ากว่าการผลิต—เนื่องจากความเย็น ภาวะขาดออกซิเจน หรือซากพืชซากสัตว์ที่ย่อยสลายยาก—คาร์บอนอินทรีย์จะสะสมเป็นอินทรียวัตถุในดินหรือพีท
Clinical relevance
การผลิตและการย่อยสลายควบคุมความอุดมสมบูรณ์ของดิน การสะสมคาร์บอนในดินและพืชผล ผลผลิตทางการเกษตร และการตอบสนองของวัฏจักรคาร์บอนต่อการใช้ที่ดินและการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ นี่คือบริบททางการศึกษา ไม่ใช่ข้อกำหนดในการจัดการ
History
การวัดเชิงปริมาณของการผลิตขั้นปฐมภูมิขยายตัวผ่านโครงการชีววิทยานานาชาติในช่วงทศวรรษ 1960 และ 1970 และการศึกษาการย่อยสลายเชื่อมโยงคุณภาพของซากพืชซากสัตว์กับการหมุนเวียนของสารอาหาร ต่อมาการสำรวจระยะไกลด้วยดาวเทียมทำให้สามารถประมาณการการผลิตขั้นปฐมภูมิสุทธิทั่วโลกทั้งบนบกและในมหาสมุทรได้ ดังที่ Field และคณะได้สังเคราะห์ไว้ในปี 1998
Key figures
- Eugene Odum
- F. Stuart Chapin
- Peter Vitousek
- Christopher Field
Related topics
Seminal works
- chapin2011
- field1998
- begon2006
Frequently asked questions
- การผลิตขั้นปฐมภูมิสุทธิคืออะไร?
- การผลิตขั้นปฐมภูมิสุทธิคือปริมาณอินทรียวัตถุที่ผู้ผลิตสร้างขึ้นและคงไว้หลังจากหักพลังงานที่ใช้ในการหายใจของตนเองออกไป ซึ่งแสดงถึงชีวมวลใหม่ที่มีให้แก่ส่วนที่เหลือของระบบนิเวศ
- ทำไมอินทรียวัตถุจึงสะสมอยู่ในดินบางชนิด?
- เมื่อสภาพแวดล้อม เช่น ความเย็น น้ำท่วมขัง หรือซากพืชซากสัตว์คุณภาพต่ำ ทำให้อัตราการย่อยสลายช้ากว่าอัตราการผลิต อินทรียวัตถุที่ตายแล้วจะสะสมเร็วกว่าที่จะถูกย่อยสลาย ทำให้เกิดดินที่อุดมสมบูรณ์หรือพีท